虚拟现实技术在脑瘫患儿康复中的应用进展

黄丽娟 杨 柳 任军丽 周晓英 黎 燕 李海鸿

1.甘肃中医药大学护理学院，甘肃兰州 730000；2.兰州大学护理学院，甘肃兰州 730011；3.甘肃省妇幼保健院护理部，甘肃兰州 730050

脑性瘫痪（cerebral palsy，CP）简称脑瘫，是全世界儿童身体致残的主要疾病之一[1]，是指一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、 活动受限症候群，这种症候群是由于多种原因导致的非进行性脑损伤综合征，常伴有感觉、知觉、认知、交流和行为障碍，以及癫痫和继发性肌肉骨骼问题[2]。 随着产科和新生儿综合重症监护的发展，新生儿死亡显著下降，但脑瘫的发生率并没有显著下降。 据报道[3-4]，国外脑性瘫痪发病率为2.0‰～3.5‰，而我国脑瘫发病率为2.48‰。虚拟现实（virtual reality，VR）技术是由计算机对真实世界进行模拟，以一种看似真实或物理的方式使用户投入虚拟世界进行体验的一种技术[5-6]。它可以通过耳机向用户传递视觉、听觉和各种感觉的反馈，使用户感觉就像置身于一个虚拟或想象的环境中。这种空间特征和三维视觉反馈的执行对脑性瘫痪患儿的运动学习非常重要[7]。反馈是运动学习的关键组成部分，有助于快速自我纠正，而VR 系统可以提供实时、战略和目标导向的反馈。 虚拟现实技术可以用来丰富环境。 有研究表明，丰富的环境对运动和认知表现有积极的影响[8]。 VR 技术在我国脑瘫患儿康复中的应用处于初期，后面随着计算机技术的不断进步，虚拟现实技术也被应用于更多的领域之中， 像医学领域、建筑领域、教育领域等。 本文综述了国内外虚拟现实技术在脑瘫患儿康复中的应用，以期为推广我国虚拟现实技术提供参考。

1 VR 技术概述

虚拟现实技术，又称虚拟仿真技术，起源于20 世纪50 年代，但受到当时计算机技术的制约，虚拟现实技术的发展受到限制。 虚拟现实系统由虚拟现实头盔、视频、计算机组成，后面新加了传感器、椅子、手套。虚拟现实头盔是指头戴式护目镜，一般配有耳机。虚拟现实系统[9]倾向于越来越倾向于家庭使用和远程康复，因为这些可以影响人的动机、健康和训练愿望，提供一个更容易获得的解决方案， 而不造成身体损伤。 虚拟现实有三个特征：沉浸性，交互性和构想性。沉浸性是虚拟现实技术最主要的技术特性，指用户身临其境地沉浸在虚拟合成的环境中；交互性是指用户借助传感器和虚拟综合环境进行交互；构想性是可以使用户在虚拟综合环境中获得新的知识，从而提高他们的感性和理性认识。 目前，基于虚拟现实的治疗面临阻碍，阻碍其在精神病学实践中的广泛使用，比如晕动病和干眼症，以及用户问题，比如专注和成瘾。虚拟现实允许模拟真实的环境， 这种环境可能是危险的、昂贵的，或者在现实生活中是不可能被创造出来的。而虚拟现实技术可以通过良好控制的感官刺激来交互和面对虚拟环境。 因此，在现实生活中可能太危险而无法进行的日常生活活动中的练习可以在安全的虚拟环境中进行。而虚拟现实康复是一种跨越学科和人群的新兴治疗方法，建立在虚拟现实平台上的干预措施,它使用技术作为治疗的干预模式，以满足康复目标。使用这种技术的优势之一是可以通过以严肃游戏形式塑造的参与环境和任务来创造积极的动机。虚拟现实干预还提供了一个独特的机会，通过修改空间和时间限制以及认知挑战来定制和标准化任务难度水平。虚拟现实技术在儿童康复中的应用在我国尚处于起步阶段。最开始主要用于骨科患者和脑卒中患者的康复训练，然后逐步用于脑瘫患儿的康复训练。

2 VR 技术在脑瘫患儿康复中的应用

VR 技术康复训练中的虚拟情境与真实生活密切相关，在运动康复中具有明显优势。 且虚拟现实康复技术是独特的和可变的，根据所使用的系统和期望的目标结果，具有多种治疗用途。目前，虚拟现实技术主要应用于上肢功能康复、平衡训练、步态训练、认知功能训练等。

2.1 VR 技术在运动康复的应用

2.1.1 上肢功能训练 上肢协调功能障碍是脑瘫患儿常见的后遗症， 由于手在日常活动中的重要作用，导致患儿生活不能自理，严重危及患儿的生理心理健康和日常生活能力,肢体功能缺陷最终可能导致生活质量下降[10]。 Chang 等[11]对 10 例脑性瘫痪患儿进行虚拟康复训练，用手(表示为一个小球体)够到三个虚拟球，然后将它们放入行李箱前面的盒子中,训练结束之后对其手部协调能力进行评价。其结果显示，VR 康复训练对偏瘫患儿上肢运动功能的改善有积极作用。Mirich 等[12]对一名右侧痉挛性偏瘫脑瘫的4 岁男孩，每周进行1~2 h 的物理治疗（陆地和水上治疗）和0~1 h 的门诊康复治疗。 在6 周的干预期结束时和干预后6 周用PDMS-2 发育量表、 上肢技能质量测试、儿科运动活动日志、感知压力量表进行评估。 其结果显示，虚拟现实康复对改善痉挛型偏瘫脑瘫患儿的上肢功能运动技能和运动质量是有效的。一些系统综述和一项meta 分析调查了虚拟现实干预对儿童和青少年CP 患者上肢运动恢复的影响[13-16]。 其结果显示，在某种程度上， 虚拟现实可以有效地激励患有脑瘫的儿童，并显著改善脑瘫患儿上肢功能。VR 康复训练为脑瘫患儿提供了信息反馈，激发患儿参与康复训练的热情，从而提升训练效果。 但目前关于虚拟现实干预对改善残疾儿童上肢远端功能的效果的研究有限。

2.1.2 平衡训练 平衡能力受损是脑瘫儿童的一个高度致残因素， 因此平衡功能训练对患儿来说非常重要。有研究[17-20]对脑性瘫痪患儿进行综合康复治疗，并与常规康复治疗进行临床疗效比较，结果显示，实验组与对照组在平衡测量上有显著性差异（P<0.05），VR 能改善脑性瘫痪患儿的平衡功能。 Sharan 等[21]在16 例脑瘫儿童接受手术后，每周使用非沉浸式VR 康复训练（NintendoWii）运动 3 次，持续 3 周。 虽然使用NintendoWii 运动的VR 干预对干预组的平衡性有显著影响， 但在对照组中没有观察到显著差异。 此外，也有研究显示[22]，对接受虚拟现实训练脑瘫患儿术后6 周后，每周运动3 次，每次30 min，结果表明在运动功能、平衡、步态和功能灵活性方面有小改善。 由于这些研究是有趣的， 为脑瘫儿童提供了动机和干预方法， 需要进一步研究进行VR 训练临床干预的可能性。

2.1.3 步态训练 步态异常是脑瘫患儿的运动功能障碍之一。 韩晶等[23]应用荟萃分析软件评价VR 技术对脑瘫患儿下肢功能恢复的影响，结果显示，VR 康复训练结合常规康复训练能有效促进脑瘫患儿下肢功能的恢复。 研究[24-26]结果显示，经过 VR 康复训练，患儿的步态表现有显著改善， 而且VR 康复训练对步态速度和粗大运动功能有积极影响。 Jung 等[7]对接受Xbox Kinect 虚拟现实训练脑瘫患儿每周运动三次进行研究，结果显示，患儿经训练后的选择性运动控制、儿科平衡量表、功能活动量表、定时起立行走测试、步态6 m 步行测试评分均有所改善。这提示在临床上实施基于VR 技术的康复治疗方案是可行和有效的，能够显著改善患者的步态步行能力。

2.1.4 认知功能训练 因为认知功能障碍恢复与躯体运动功能相比恢复慢，患儿在生活能部分自理并回归到社会和家庭后，在接下来很长一段时间内仍需要进行认知功能的训练。尽管对虚拟现实进行了大量研究，但文献中关注脑瘫儿童认知功能的研究非常少[27]。 在认知康复中，虚拟现实干预可能会引起患者更好的合作，他们可能喜欢在充满刺激的虚拟环境中使用技术设备，而不是铅笔和纸张测试和练习，这通常会令人感到无聊[28]。 Aran 等[29]评估基于虚拟现实的康复方案对偏瘫脑瘫儿童认知功能的有效性。干预组在传统治疗干预的基础上接受虚拟现实干预，在传统治疗的基础上接受虚拟现实干预，对照组实施传统治疗，持续10 周，每周干预 2 次，每次 45 min。 两组均由盲法评估员对儿童进行动态治疗认知评价，以收集认知功能信息。结果表明，干预组的认知功能明显优于对照组。在Borrego 等[30]的研究中也证实了虚拟现实技术对提高脑瘫患儿认知功能有效。虚拟现实技术能否有效地改善脑瘫儿童的认知能力仍然存在争议，这可能是因为不同的治疗系统会导致不同的治疗效果。虚拟现实技术在认知训练中的应用，不仅可以吸引儿童对游戏的兴趣，而且可以使他们更加积极主动、参与性更强。

3 问题与展望

脑瘫儿童的临床症状严重程度不同。早期康复诊断对提高儿童运动功能和日常生活自理能力具有重要作用。 儿童康复治疗的难点之一，是患儿的主动配合性比较差，故而患儿的主动参与是脑瘫康复效果的重要影响因素之一。传统的平衡和运动训练因为长时间的单调乏味练习使患儿感到烦燥， 主动配合度降低，康复训练效果不理想。 基于VR 技术的康复训练是用一种更为新颖和有趣的方式来吸引患儿进行康复治疗，从而提高患儿训练的依从性。

目前，VR 作为一种新技术，具有灵活性好、安全性高、沉浸感强等优势，并且便于为患者量身制订康复治疗方案，实现了个体化治疗。 国外脑性瘫痪儿童的虚拟现实技术应用已经比较成熟，不同的虚拟情境和虚拟形式对脑性瘫痪儿童的早期诊断、预防、治疗和预后有不同的影响。 国内VR 技术在脑瘫患儿康复中的临床应用研究较少，VR 康复训练效果评价标准不一，在开展VR 的应用上有很大的发展空间。 在设计VR 程序时， 应着重关注我国脑瘫患儿的特点，设计符合本国国情的计算机程序，并进行大样本的临床随机对照试验进行验证， 为康复治疗师提高参考，进而为临床提供循证依据，从而为脑瘫患儿运动治疗方案提供指导。

未来的研究热点会着重在VR 技术对不同脑瘫类型的应用康复效果研究，特别是其改善脑瘫患儿步态、上肢操作能力及精细动作方面的效果，以便为患儿在康复训练过程中及居家生活自理、上学、日常活动等提供更多有益的辅助。 另外，对脑瘫儿童应该进行综合性康复，建议运动康复要与医学康复、教育康复、职业康复等结合使用，VR 技术应结合其他疗法共同发挥作用，这也是未来的研究重点。